持之以恒提升“中國制造”品質(zhì)
——記北京市科技進步獎獲得者北京工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院程強教授

■文/于海芳 朱鑫

制造業(yè)直接體現(xiàn)一個國家的生產(chǎn)力水平，而我國數(shù)控機床的精度保持性問題一直是阻礙國產(chǎn)數(shù)控機床發(fā)展的瓶頸，也是制約我國裝備制造業(yè)發(fā)展的一個關(guān)鍵因素。隨著全球科技飛速發(fā)展和智能大潮的到來，制造業(yè)也逐漸從傳統(tǒng)制造模式轉(zhuǎn)向智能化發(fā)展。

在該領(lǐng)域，程強一直致力于高檔數(shù)控機床可靠性設(shè)計與精度保持性設(shè)計、智能制造產(chǎn)線規(guī)劃及工藝分析決策、醫(yī)療機器人設(shè)計與研發(fā)等方面的研究。經(jīng)過多年的科學(xué)研究與技術(shù)攻關(guān)，在高檔數(shù)控機床精度保持性及智能制造等方面都取得了不俗的成績。

科研就是探索未知，更需要持之以恒

談及當(dāng)年為何會選擇科研之路，程強說，研究生推薦免試后，他就跟碩士生導(dǎo)師開啟了本科畢業(yè)設(shè)計的研究工作。當(dāng)時要設(shè)計一套洗瓶推瓶機構(gòu)，并利用VB進行編程實現(xiàn)二維仿真。程強回憶道，導(dǎo)師提供的課題在那時還比較新穎，通過編程利用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)洗瓶機推瓶機構(gòu)的間歇運動。他在編寫程序時不管怎么調(diào)試，可就是達不到凸輪轉(zhuǎn)動過程中實現(xiàn)從動件的隨動。為此，他還跟導(dǎo)師爭辯過這個思路根本就行不通。當(dāng)其他同學(xué)休息時，程強就在實驗室里反復(fù)琢磨、測試，經(jīng)過兩周多的努力，終于在一個午后調(diào)試成功。程強說，在那一刻他真切地體會到了什么叫“山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村”，從此便愛上了這種感覺。

多年的科研工作，讓程強感觸頗深。他認為科研是持之以恒的事業(yè)，只有靜心篤志，肯下“十年磨一劍”的苦功夫，甘于默默付出，才能創(chuàng)造出高水平的科研成果。程強不僅嚴(yán)于律己，在人才培養(yǎng)上，也有一套專屬的育人理念。

程強坦言，培養(yǎng)研究生就像培養(yǎng)孩子一樣，不要天天耳提面命的嚴(yán)管，而是要適當(dāng)?shù)亟o予學(xué)生主動思考和獨立思考的空間與靈活性，幫助他們提升在大方向上的辨別與把控能力。程強認為，一名合格的科研人員，除了要具備堅毅的性格、發(fā)散靈活的思維、健康的體格外，還要具備優(yōu)秀的品德，要做學(xué)問，先學(xué)做人，這樣才能走得更長遠。程強時常會把自己讀博時的心得體會分享給學(xué)生們。他說：“搞科研的過程可不像長跑，不管速度快慢，終點始終在那，曙光就在前方?？蒲惺翘剿魑粗锌赡苜M了九牛二虎之力，走近才發(fā)現(xiàn)是一條死胡同。很多時候，科研成功的結(jié)果是不可見的或者說是不可預(yù)期的”。

助推制造業(yè)加速前進，成效顯著

程強所專注研究的三個方向，正是以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)引，也是中國制造2025的重點發(fā)展的十大領(lǐng)域中的重點領(lǐng)域。

其中，以數(shù)控機床為代表的關(guān)于高端制造裝備的研究，是程強十余年來研究的主要方向。在國家科技重大專項、國家863計劃等項目支持下，圍繞重型超重型機床、精密超精密機床的整機及功能部件的數(shù)字化設(shè)計與分析、健康狀態(tài)監(jiān)控與評估、精度保持性與可靠性等方面，程強取得了諸多研究成果，并榮獲北京市科技進步獎一等獎、二等獎，中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎、二等獎等多項獎勵。

此外，隨著智能制造的發(fā)展，他還開展了智能鍛造生產(chǎn)線的研制及管控研究。程強介紹，該項目攻克了復(fù)雜工況下模鍛成形智能感知與動態(tài)監(jiān)控技術(shù)、難變形材料典型鍛件模鍛成形工藝優(yōu)化技術(shù)、鍛件質(zhì)量智能預(yù)測與反向追溯分析技術(shù)，以及面向有限空間的模具庫分區(qū)智能存儲及調(diào)度技術(shù)等幾項關(guān)鍵技術(shù)，完成了模鍛成形智能制造示范線的總體設(shè)計架構(gòu)，進行了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)樣機的研制，實現(xiàn)了典型樣件鍛造工藝優(yōu)化功能驗證及復(fù)雜工況下工藝過程數(shù)據(jù)的實時采集以及鍛件信息的動態(tài)監(jiān)控功能。此外，還完成開展應(yīng)用于模鍛成形生產(chǎn)線的智能制造軟件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)庫和知識庫、機器人自動上下料物流系統(tǒng)的研制，顯著提升了質(zhì)量問題分析決策效率。該項目申請國家發(fā)明專利23件，發(fā)表高水平論文12篇，授權(quán)軟件著作權(quán)4項，形成了模鍛成形標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范2項，搭建了1條智能模鍛生產(chǎn)線，提升了難變形材料鍛造的材料利用率，提高生產(chǎn)效率的同時提升了鍛造產(chǎn)品質(zhì)量。

如今，圍繞機床的精度保持性及可靠性設(shè)計，程強提出并取得了一些理論與技術(shù)突破。針對多軸機床在多重因素及誤差等綜合影響下，加工精度的正向遞推分析與反研優(yōu)配問題進行研究，辨識出影響加工精度的關(guān)鍵誤差源，實現(xiàn)了機床精度與成本的均衡優(yōu)化，提高了機床加工精度。揭示了磨損因素影響下導(dǎo)軌副-絲杠副幾何精度與運動精度時變性、隨機性衰減特征，建立了面向多軸機床加工精度保持性的穩(wěn)健設(shè)計與優(yōu)配的理論與方法；基于結(jié)合面微宏尺度接觸機理研究，提出了超重型機床結(jié)構(gòu)件組合式模塊化創(chuàng)新設(shè)計方法，通過超跨距結(jié)構(gòu)件的組合式設(shè)計與制造，保證了機床幾何精度與運動精度及其保持性。

以上技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于合作單位的精密超精密數(shù)控機床及超重型機床的研發(fā)過程中，其中超重型機床結(jié)構(gòu)件組合式模塊化創(chuàng)新設(shè)計方法，助力研究出了世界最大數(shù)控龍門移動式鏜銑復(fù)合機床，推動了國家超重型數(shù)控機床行業(yè)的技術(shù)進步。

程強坦言，未來還是會以高端制造裝備、高端醫(yī)療裝備以及智能制造這三個方向為工作重點，在“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)上繼續(xù)尋求自主研發(fā)突破，為我國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展做出一份貢獻。